［摘 要］文章探索了基于BIM 技術(shù)的換流閥設備的可視化裝配應用，從換流閥安裝全生命周期（如設計、分析、施工及運維等方面）入手，提出了一種可視化的換流閥裝配解決方案。經(jīng)過測算，利用BIM 技術(shù)開展可視化裝配，動態(tài)分配施工人員和調(diào)整工序，換流閥在換流站閥廳裝配速度可由原來的40 人/d 完成一個閥塔提升至24 人/d，效率提升40%。

［關(guān)鍵詞］特高壓建設；換流閥；BIM 技術(shù)；可視化裝配；三維工藝

［中圖分類號］TM721.1 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0080–03

換流閥作為特高壓直流輸電工程的核心運行設備，其裝配工藝是決定換流閥能否一次成功投運的關(guān)鍵所在。換流閥屬于懸吊結(jié)構(gòu)，吊裝時需要在30 m高空進行，且大多部件為電氣敏感型器件，極易損壞。換流閥裝配作業(yè)長期以來都是在依靠廠家說明書和設計圖紙的基礎上，在廠家技術(shù)人員監(jiān)督指導下開展，由于安裝工藝復雜，作業(yè)過程中很容易出現(xiàn)誤操作。BIM 技術(shù)將設計、施工、運營維護進行有機整合，可達到全過程控制，這一技術(shù)優(yōu)勢可應用于換流閥設備的安裝作業(yè)。

1 設計階段

在設計階段，利用Creo 軟件繪制換流閥三維模型，根據(jù)三維模型自動生成二維制造圖紙及生產(chǎn)物料清單，自動協(xié)調(diào)、更改、關(guān)聯(lián)、變更相應的信息，實現(xiàn)信息的同步共享。相比傳統(tǒng)的二維繪圖設計及人工統(tǒng)計生產(chǎn)物料等，效率顯著提升，而且準確率大幅提高。

同時，通過Creo 中的DFM（可制造性設計）模塊對設計的零部件開展生產(chǎn)制造可行性分析，對設計的零部件進行進一步優(yōu)化。輸入產(chǎn)品模型后，與系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫對比，自動識別產(chǎn)品設計缺陷，通過對產(chǎn)品零部件進行虛擬分析和虛擬設計，解決零部件從設計到生產(chǎn)所出現(xiàn)的技術(shù)問題，以達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本及優(yōu)化產(chǎn)品性能等目的。

2 分析階段

2.1 可建性分析

完成基于Creo 建模基礎的數(shù)據(jù)輸入后，利用Composer 軟件設置安裝環(huán)境，將閥廳整體渲染成與現(xiàn)場相同的狀態(tài)。通過識別不同零件的物料屬性，對顏色、紋理及環(huán)境效果類型進行調(diào)整渲染。此外，還需對裝配用的工裝進行建模和渲染，涉及機構(gòu)運動的模型還要進行適當?shù)挠嬎愫头治?，提前將其結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)動畫預演完備。

在Composer 中按照閥廳的安裝環(huán)境，充分考慮閥廳空間、吊點、工器具，模擬現(xiàn)場物料進出閥廳動線及閥廳行進軌跡，以檢查換流閥設備的幾何關(guān)系。對換流閥裝配進行安全、施工空間等全面的可建性模擬分析，分析數(shù)據(jù)可向上反饋至前期閥廳結(jié)構(gòu)設計，避免出現(xiàn)因為前期土建施工造成的異常（圖1）。

2.2 工序分析

根據(jù)換流閥裝配順序和要求，對現(xiàn)場安裝工藝進行工序分解，逐步展示設備的組裝過程，包括主水管及頂部絕緣子安裝→頂屏蔽罩安裝→閥層組件預組裝及吊裝→檢修平臺組件安裝→底屏蔽罩安裝→層間水管、光纜槽及閥層屏蔽罩安裝→避雷器安裝等，如圖2 所示。

整個換流閥設備在換流站閥廳中按照上述工序進行可視化虛擬裝配，并生成裝配動畫，形成一套標準化的裝配作業(yè)流程，能夠幫助施工人員更加清晰地了解設備的結(jié)構(gòu)和裝配要求。

3 施工階段

3.1 現(xiàn)場指導

換流閥設備傳統(tǒng)安裝、運維指導文檔多采用現(xiàn)場拍照的方式獲取指導圖片并編輯相關(guān)工藝文件，存在較大的閱讀困難，不利于操作人員的理解和執(zhí)行。利用Composer 強大的圖片制作和指引能力，能夠有效提升文檔編制工作效率，降低產(chǎn)品工藝文件閱讀的門檻，推進安裝工作的高效可視化開展。結(jié)合換流閥的物料BOM 清單并進行渲染，快速生成簡潔易懂的三維技術(shù)圖解，將其與指引文字相結(jié)合，形成集成化的指導文件，使文件圖解兼顧指引與簡潔。換流閥裝配如圖3 所示。

3.2 現(xiàn)場跟蹤

根據(jù)2.2 章節(jié)中的裝配工序分析，結(jié)合三維技術(shù)圖解，動態(tài)管理換流閥安裝進度，合理分配各部分施工人員配給及工序調(diào)整，對整個安裝過程進行安裝節(jié)拍管理和各施工環(huán)節(jié)調(diào)度，確保裝配過程的安全和高效。例如，換流閥裝配時，動態(tài)調(diào)整分配地面預組裝人員及高空作業(yè)人員數(shù)量；指導施工人員具體工序進度；根據(jù)閥廳安裝進度調(diào)整地面物料進出順序，規(guī)劃存放最短安裝路徑。經(jīng)過測算，利用BIM 技術(shù)開展可視化裝配，動態(tài)分配施工人員和調(diào)整工序，換流閥在換流站閥廳裝配速度由原來的40 人/d 完成一個閥塔提升至24 人/d 完成，效率提升40%。

4 運維階段

基于BIM 技術(shù)制作的換流閥設備可視化裝配視頻動畫，能將設備的裝配過程進行可視化演示，并提前對施工人員進行安裝指導培訓或?qū)I(yè)主方的運維人員開展后續(xù)的運維培訓，幫助運維人員更加清晰地了解設備的結(jié)構(gòu)和維護要求，從而更好地進行維護和保養(yǎng)工作。具體如圖4 所示。

5 結(jié)束語

BIM 技術(shù)在建筑領域的廣泛應用，具有提升設計質(zhì)量，減少設計、施工和運營等階段誤差，控制項目成本，改善施工管理等優(yōu)點。未來BIM 技術(shù)在換流閥設備裝配中的應用將更加廣泛，主要包括以下方面：①通過人工智能、機器學習等應用，快速優(yōu)化設計方案；②更加全面的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同，包括不同平臺、不同軟件的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同。這有助于提高設計、施工、運營等各個階段的效率和準確性；③整個換流站資源數(shù)據(jù)共享，包括換流站整體建設，以及各電力設備安裝、運行、維護、人才培養(yǎng)等方面的共享。總之，未來BIM 技術(shù)將更加注重智能化、協(xié)同化、數(shù)據(jù)化及資源化，為換流站建設提供更加全面和有效的支持。

參考文獻

[1] 曹鍵.“雙碳”目標下“十四五”特高壓規(guī)劃線路對鐵路煤炭運輸?shù)挠绊懛治鲅芯縖J]. 鐵道經(jīng)濟研究，2021（6）：12-15.

[2] 王德麗，韓軍華，李亞洲，等. 特高壓直流輸電中換流閥施工技術(shù)研究[J]. 山東電力技術(shù)，2018，45（6）：78-80.

[3] 王開庫，張棟，方聰，等.±1 100 kV 換流閥安裝工程“一體化管控”的應用實踐[J]. 價值工程，2018，37（30）：126-128.

[4] 劉志杰. 特高壓換流站換流閥安裝關(guān)鍵施工工藝研究[J].科技視界，2019（35）：4-6.

[5] 黃啟明，杜佳節(jié). 電力設備安裝與調(diào)試的技術(shù)探析[J]. 現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2022，12（10）：200-201.

[6] 李玉璽，王俊，魏忠明，等. 換流閥組安裝典型施工工法應用研究[J]. 云南電業(yè)，2016（8）：35-36.

[7] 張勇，王永明，王春偉，等.BIM 技術(shù)在國內(nèi)外項目管理中的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學院學報，2023，21（1）：42-46.

[8] 王紅兵. 運用BIM 技術(shù)推進工程項目智慧型發(fā)展[J]. 上海建材，2023（1）：53-56.

[9] 王春生.BIM 技術(shù)的應用及其對建筑行業(yè)發(fā)展的影響研究[J]. 散裝水泥，2022（4）：147-149.

[10] 劉亮，孫旭，劉貴，等. 基于SolidWorks Composer 的電力設備可視化裝配技術(shù)探究[J]. 新技術(shù)新工藝，2020（9）：28-33.

[11] 武宇平，呂志瑞，黃曉樂，等. 基于增強虛擬現(xiàn)實技術(shù)的高壓電力設備檢修應用研究[J]. 新技術(shù)新工藝，2022（2）：73-76.